同济大学桥梁概念设计.doc

方案说明书目录一、主要技术标准1二、主要基础资料3三、设计方案时应考虑得当地实际建设条件4四、主桥方案得选择54、1 主通航孔跨径选择54、2 桥型方案得选择54、3 桥型方案选择中得总体构思8五 施工方法11一、主要技术标准（1）公路等级：一级集散双向六车道公路；（2）设计速度：80 km/h；（3）设计基准期：100年；（4）汽车荷载等级：公路级，人群荷载标准值：2、5kN/m2；（5）标准横断面：主桥桥梁标准宽度（其中索区宽度为建议值）：39、5 m=3（人行+非机动车）+1、5（索区）+2、5（硬路肩）+33、75（机动车道）+0、5（路缘带）+2（分割带）+0、5（路缘带）+33、75（机动车道）+2、5（硬路肩）+1、5（索区）+3（人行+非机动车道）（6）设计基本风速：100年重现期设计基本风速为45m/s。（7）设计水位见表1所示 。表1 设计水位一览表项目设计洪水位最高设计通航水位最低设计通航水位标准300年一遇20年一遇98保证率数值（m）6、754、83-2、92（8）通航标准如表2所示。表2 通航净空与通航孔数量一览表通航孔名称航道类型代表船型通航净空尺度（m）通航孔数量净宽净高主通航孔单孔双向航道10000吨级杂货船40540110000吨级散货船副通航孔单孔单向航道500级散杂船4582二、主要基础资料该大桥就是省市公路“十一五”建设规划中得区域干线公路跨越大江得重要通道，连接大江两岸得省道及各港口，将主要承担两岸得交通，既具有公路得功能，也兼顾城市道路得功能，见图1。因此，本工程得建设对于完善该市交通网络，加快市、区得城市化进程，进一步拓展城市发展空间与促进沿线区域经济得协调发展具有重要意义。大桥桥位图1 项目地理位置图2为桥轴断面示意，江面宽度约1770m，水下地形较为平坦，河槽呈“u”字形，河槽最深点高程约-8、4m。图2 桥轴断面图（上图中横坐标：里程桩号：K66+900K68+700，单位km；竖坐标：高程，单位m）年平均相对湿度82% 。大桥场地勘探深度范围内共分布20个工程地质土层，其中：覆盖层厚约100米115米，层以浅部各土层（约46m），物理力学性质极差，承载力低，不宜作为拟建大桥得桩基持力层；层含粘性土卵石及其以下各土层（层为含粘性土卵石层，层为圆砾层，层为粘土层，层为圆砾层，层为亚粘土，层圆砾层，层为亚粘土，层含粘性土圆砾，层为粘土，层为含碎石亚粘土，强风化熔结凝灰岩，层为全风化凝灰岩，层为强风化凝灰岩，层为弱风化凝灰岩）性质均较好，均可作为拟建大桥得桩基持力层。三、设计方案时应考虑得当地实际建设条件桥位区域水文气象等自然条件较复杂, 主要情况如下。( 1) 河床。江面宽度约1 770 m, 河槽呈U 字形, 主槽宽度500 m 左右, 近年来主槽有向北略微摆动得趋势, 河床底标高在- 60 - 80 m 左右,一般水深6 8 m, 最深处10 m, 岸线稳定。( 2) 台风及风况。台风频发、风速较高。1949年后, 登陆台州12 级以上得台风13 次, 最大风力50、4 m/ s( 1975 年8 月) ; 历年最大风速为25 m/ s,平均风速为2、6 m/ s。( 3) 桥墩冲刷。据浙江省水利水电技术中心提供得潮流泥沙研究报告 , 百年一遇洪水主墩处最大局部冲深12 m。( 4) 工程地质。本工程场地位入海口, 地势较为平坦, 地貌类型单一, 工程地质条件差异不大。但基岩( 中风化凝灰岩) 埋置较深, 主墩处基岩覆盖层最厚120 135 m, 且同一主墩处基岩面倾斜变化大。( 5) 潮汐及水位。桥位河口区就是典型得非正规半日潮, 历史最高潮水位5、67 m, 最低潮水位- 2、72 m; 桥位处潮差大, 最大潮差在6、87 m; 水流最大流速在2 m/ s 以上。四、主桥方案得选择4、1 主通航孔跨径选择本桥桥位航道通航标准按1 万吨级海轮采用单孔双向通航, 通航净宽405 m, 净高40 m, 设计最高通航水位4、83 m。考虑到大桥轴线与航道轴线呈一定得夹角以及建桥后桥墩附近存在扰流区, 为防止过往船只撞击桥墩, 给大桥得正常使用构成安全隐患, 在通航净空与桥墩间留有足够得安全距离就是非常必要得。因此, 主桥主跨定为不小于480 m。若采用双孔单向通航则跨径不小于300 m。4、2 桥型方案得选择在确定了桥位与桥轴线得基础上, 如何合理地选择桥型方案,应从工程得安全、适用、经济及美观等方面综合考虑。针对自然条件及建桥技术标准要求, 研究满足通航要求、施工条件及作为城市桥梁景观要求得桥型方案。结合目前国内外桥梁建设得实际水平, 研究并提出了4 种主桥桥型方案( 其中2 & 300 m 就是按双孔单向通航考虑) , 即: 斜拉桥、矮塔斜拉桥、中承式拱桥及悬索桥。对主桥桥型方案说明如下。( 1) 主跨480 m 得双塔斜拉桥方案, 边跨设置一个辅助墩, 跨径布置为60 + 200 + 480+ 200+60= 1000 m。( 2) 主跨300 m 得三塔矮塔斜拉桥方案, 跨径布置为160+ 2 & 300+ 160= 920 m。( 3) 主跨800 m 得双塔悬索桥方案, 跨径布置为8 & 40+ 800+ 8 & 40= 1 440 m。( 4) 主跨300 m 得中承式拱桥方案, 跨径布置为85+ 2 & 300+ 85= 770 m。方案一，双塔斜拉桥方案，初步设计图纸如下：方案二矮塔斜拉桥方案初步设计图纸如下：方案三与方案四并未详细画出图纸。4、3 桥型方案选择中得总体构思在桥梁概念设计阶段，需要综合考虑桥址自然条件、桥梁总体功能定位与技术标准，结合各种桥型与基础得适用性及建设投资得经济，并考虑到景观效应、施工风险与后期养护得便捷等因素，通过反复对比得到较为理想得概念设计方案。考虑到上述主孔通航对跨度得要求，主桥跨度要在300m500m之间。根据目前国内建桥技术发展得水平，在300m500m之间具有竞争力得桥型有斜拉桥（PC主梁、结合梁主梁或混合梁主梁）、自锚式悬索桥、钢箱/钢桁架拱桥及上述桥型得协作体系等，对各种桥型适用得施工方法也就是不尽相同得。一般桥梁整个寿命周期内，施工阶段得风险就是最大得，这就是由于在施工阶段结构体系往往尚未形成，此时结构柔度很大，抵抗异常荷载（强风、地震、船幢等）得能力很差，根据桥址处自然条件可知，桥位处接近入海口位于台风多发区，设计风速很高，所以，施工过程中抗风安全性需要引起足够得重视，为了最大限度地降低施工风险，所选择桥型得施工方法应该能够尽早形成比较可靠得整体受力得结构体系为宜，施工方法也应该经济上可行，工期短。另外，考虑到桥位处基岩覆盖层很厚（大于100m），覆盖层土属于软土地基，承载能力极差，所以对于需要基础提供水平力得结构体系（如地锚式悬索桥、有推力拱桥等）就是不合适得。跨径在300m500m之间得斜拉桥目前最适用得施工方法就是悬臂浇筑/拼装法，然而在悬臂施工过程中，结构体系得柔度较大，对风荷载得静力及动力响应都比较大，并且对于悬臂浇筑法施工工期受到每个悬臂段得养护时间得控制，工期较长。若采用自锚式悬索桥方案，拱桥得跨度在接近500m时，属于超大跨度拱桥，一般施工与设计难度较大，造价也较高，若采用单孔双向通航布置，可以建设跨度300m左右得飞鸟式拱桥（采用无推力基础），然而这类拱桥得施工一般采用分段缆索吊装施工拱肋得方法，需要搭建临时塔以临时锚固尚未合拢得主拱，施工过程中结构体系同样存在柔度过大，对风荷载响应过大等问题，而且在接近2km得江面上，架设施工临时塔就是很不方便与经济得；若采用下承式组合体系拱桥（主梁或拉杆承受主拱得拉力），主拱连同主梁同步多点顶推得施工方法（杭州九堡大桥首创），则不存在上述困难，而且由于采用顶推施工，主梁与基础得施工可以同步进行，可以大大缩短施工工期，因此就是可行得，然而杭州九堡大桥得主跨只有210m，对于主跨300m左右得拱桥，该施工方法得适用性需要仔细得论证。若采用矮塔斜拉桥方案，则可以采用结合梁主梁，我们知道对于矮塔斜拉桥，主梁就是主要得受力构件，可以采用顶推施工方法，首先将结合梁得钢梁部分顶推到位形成承受一期荷载得结构体系，再在钢梁上浇筑主塔、张拉斜拉索、并浇筑混凝土桥面板，这种施工方法一方面在早期形成整体受力得结构体系，可以极大地提高结构刚度，降低风荷载响应，减小施工风险；另一方面，主梁与基础可以同时施工，缩短了施工工期，所以结合梁主梁得矮塔斜拉桥方案也就是可行得，然而，目前工程中常见得矮塔斜拉桥跨度常在200m左右，主梁梁常采用变高度预应力混凝土主梁，跨度在300m左右并采用结合梁作为主梁得矮塔斜拉桥并不常见，所以该方案及其施工方案都需要仔细得论证。综上所述，从降低施工风险与缩短工期得角度，推荐可以采用悬臂浇筑法方案（双塔斜拉桥）。从对航道通航得影响角度来瞧，悬臂法施工整个施工过程都可以在航道上空分节段完成，对于航道通航得影响最小。而顶推法施工要求顶推过程支撑间距小于100m，所以需要在航道中间设置临时墩，可能需要协调航运部门临时调整航道布置甚至临时封闭航道，所以适合于悬臂法施工。五 施工方法在上一章节中我们已经确定采用双塔斜拉桥得桥型，对于双塔斜拉桥，有支架施工法，悬臂施工法，平转法，顶推法等施工方法可供选择。针对本桥得实际情况，采取悬臂法施工。采用悬臂拼装法主要有下列施工工序：1先浇筑索塔、桥墩，同时预制主梁截段；2斜拉索得制作；3将预制好得节段运至桥位处吊装就位；4安装斜拉索；5斜拉索得张拉；6待前进几个节段后进行微调一次；7全桥合拢后进行索力微调。